DF4DD型內(nèi)燃機(jī)車(chē)增壓器喘振故障分析與處理

摘要：增壓是提高柴油機(jī)功率最主要、最有效的途徑，隨著空氣增壓壓力的提高，柴油機(jī)的功率成比例提高，因此增壓器發(fā)生故障對(duì)柴油機(jī)的工作性能影響很大。本文通過(guò)對(duì)DF4DD內(nèi)燃機(jī)車(chē)配備的ZN290D渦輪增壓器喘振故障現(xiàn)象分析，對(duì)增壓器特性進(jìn)行探討，對(duì)增壓器與柴油機(jī)的配合進(jìn)行討論，找出發(fā)生喘振的原因，并針對(duì)性的提出預(yù)防和排除機(jī)車(chē)喘振的方法，提出機(jī)車(chē)日常運(yùn)用中對(duì)增壓器的保護(hù)要求。

關(guān)鍵詞：增壓器；故障分析；處理；

DF4DD內(nèi)燃機(jī)車(chē)是大連機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司完善東風(fēng)4D機(jī)車(chē)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造的新型調(diào)車(chē)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)軸列式為C0-C0，裝用16V240ZJD型柴油機(jī)，標(biāo)稱(chēng)功率2425KW，最大運(yùn)用功率2940KW，采用單側(cè)司機(jī)室，雙操縱臺(tái)控制，最大運(yùn)用速度80KW/H。是目前機(jī)車(chē)功率和牽引力最大的調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)。普遍使用于鐵路重載大編組作業(yè)和廠礦小運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)輸牽引作業(yè)。鶴煤集團(tuán)公司鐵運(yùn)處自2007年開(kāi)始使用該型機(jī)車(chē)，至今已使用7年有余。

增壓是提高柴油機(jī)功率最主要、最有效的途徑。DF4DD內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)采用廢氣渦輪恒壓增壓系統(tǒng)，裝有兩臺(tái)ZN290D型渦輪增壓器。其主要作用為：利用柴油機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，壓力升高，經(jīng)冷卻后密度提高，這樣在同樣的汽缸體積下，就可以吸入更多的空氣，從而使柴油機(jī)能夠充分燃燒更多的柴油，實(shí)現(xiàn)在不增加柴油機(jī)體積的情況下成倍地增大功率。因此增壓器作用是否良好對(duì)柴油機(jī)的工作性能影響很大。最近兩年我處機(jī)車(chē)增壓器頻繁出現(xiàn)喘振故障，損壞了好幾臺(tái)。增壓器的維修和更換非常復(fù)雜，經(jīng)常需要幾天，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，給機(jī)車(chē)的正常運(yùn)用造成了嚴(yán)重影響，并且也增加了很多配件和維修成本。分析喘振故障的原因，有效的采取處理措施顯得尤為必要。

1.喘振故障現(xiàn)象

喘振是指流體機(jī)械及其導(dǎo)管系統(tǒng)在特定的周期內(nèi)，排出壓力和排量發(fā)生變化時(shí)，流體和固體相互作用，引起的一種自激振動(dòng)。增壓器喘振是壓氣機(jī)在某一小流量下工作，引起葉輪的擴(kuò)壓器的葉片通道內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離所致。

增壓器工作狀態(tài)正常時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，雖然轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，但聲音柔和。當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，由于壓氣機(jī)進(jìn)氣端空氣堵塞，部分空氣與壓氣機(jī)葉片之間發(fā)生脫離、渦旋，空氣波動(dòng)而發(fā)生刺耳的尖叫聲，造成增壓器前的進(jìn)氣管道振動(dòng)，增壓器的轉(zhuǎn)子軸也產(chǎn)生軸向顫動(dòng)，進(jìn)排氣不穩(wěn)定，柴油機(jī)的工作狀態(tài)、功率不穩(wěn)定，增壓器與柴油機(jī)的壽命也受到影響。在增壓器與柴油機(jī)匹配工作中，產(chǎn)生增壓器喘振的根本原因是增壓器兩端氣體壓力的不平衡。

2.原因分析及處理

2.1.柴油機(jī)轉(zhuǎn)速突降或柴油機(jī)突停時(shí)，發(fā)生喘振。

由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速突降，而增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能很快隨之下降而降低，造成柴油機(jī)過(guò)渡過(guò)程喘振。由于柴油機(jī)氣缸內(nèi)所需的空氣量是與機(jī)車(chē)功率的大小有關(guān)的，發(fā)出的功率越大，所需空氣量越多。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，空氣量也急劇下降。在此過(guò)程中，增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速需與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速同步下降，才能保證工作過(guò)程中增壓器與柴油機(jī)的良好匹配。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000轉(zhuǎn)/分下降到430轉(zhuǎn)/分為18秒，而增壓器從匹配轉(zhuǎn)速28000轉(zhuǎn)/分下降到3000轉(zhuǎn)/分需要30秒，如果從最高轉(zhuǎn)速降到最低轉(zhuǎn)速短于30秒增壓器就會(huì)發(fā)生喘振。

2.1.1.如因突發(fā)事件或機(jī)車(chē)保護(hù)造成柴油機(jī)突然停機(jī)，發(fā)生喘振，而恢復(fù)正常工作時(shí)，喘振隨之消失，則屬正常現(xiàn)象；

2.1.2.對(duì)乘務(wù)員進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，指導(dǎo)其操縱時(shí)造成掌握降手柄時(shí)間，避免因降速或減載較快引起喘振；

2.1.3.檢查聯(lián)合調(diào)節(jié)器減載針閥開(kāi)度，調(diào)整到正常范圍。如針閥開(kāi)度過(guò)大，柴油機(jī)降速減載過(guò)快，使增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的下降不能與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降相適應(yīng)，易造成喘振。

2.2.柴油機(jī)過(guò)載或載荷波動(dòng)過(guò)大，發(fā)生喘振。

當(dāng)柴油機(jī)過(guò)載時(shí)，柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)變差，排氣溫度升高，排氣總管的廢氣能量增加，使增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和載荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，柴油機(jī)功率不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能適應(yīng)波動(dòng)的變化時(shí)，易產(chǎn)生喘振。日常使用時(shí)，應(yīng)避免柴油機(jī)過(guò)載或過(guò)大的載荷波動(dòng)。

2.3.增壓器部件積碳易發(fā)生喘振。

壓氣機(jī)和擴(kuò)壓器葉片嚴(yán)重積垢。增壓器工作一段時(shí)間后，工作葉輪以及擴(kuò)壓器葉片上常累積一些污垢，厚度可達(dá)0.5—1.5毫米；噴嘴環(huán)積碳或截面積過(guò)小，導(dǎo)致渦輪通道截面減小和流量下降，噴嘴環(huán)截面的減小又促使增壓器轉(zhuǎn)速提高，增壓壓力提高，因而當(dāng)積垢達(dá)到一定程度時(shí)，將使運(yùn)行線左移而使工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)，產(chǎn)生喘振。

空氣濾清器臟堵，使氣流的流動(dòng)阻力增大，壓氣機(jī)背壓升高，同時(shí)流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量也減少而發(fā)生喘振。

因此需要定期做好增壓器的常規(guī)檢修工作，按照規(guī)范要求對(duì)增壓器進(jìn)行全面的檢查、維修和清理工作，確保無(wú)積碳和污垢。日常使用中如柴油機(jī)發(fā)生燃燒狀態(tài)不良，表現(xiàn)在冒黑煙、排氣總管發(fā)紅或噴機(jī)油時(shí)，必須對(duì)噴嘴環(huán)進(jìn)行清理；空氣濾清器一般一個(gè)輔修期清洗一次，運(yùn)用中當(dāng)進(jìn)氣阻力增加到2.4kpa以上時(shí)應(yīng)及時(shí)清理。

2.4.中冷器冷卻水溫過(guò)高，發(fā)生喘振。

中冷器冷去水管因裂漏而堵焊過(guò)多，易造成中冷器效率下降，增壓后的空氣因冷卻不足，影響到增壓后的空氣通過(guò)能力而發(fā)生喘振。

加強(qiáng)對(duì)機(jī)車(chē)用水的化驗(yàn)和管控，保證軟化水符合機(jī)車(chē)使用要求。嚴(yán)格控制中冷器冷卻水的進(jìn)口溫度，對(duì)焊堵冷卻水管過(guò)多的冷卻單節(jié)進(jìn)行更換，防止中冷器效率下降。

2.5.氣門(mén)打不開(kāi)或關(guān)閉不嚴(yán)，發(fā)生喘振。

如進(jìn)、排氣門(mén)彈簧斷裂、氣門(mén)桿彎曲、氣門(mén)間隙調(diào)整過(guò)小、氣門(mén)閥盤(pán)裂紋或掉塊等均會(huì)造成氣門(mén)不嚴(yán)；橫臂跳轉(zhuǎn)、橫臂導(dǎo)桿折斷等均會(huì)造成氣門(mén)打不開(kāi)。當(dāng)進(jìn)氣門(mén)打不開(kāi)時(shí)，該缸無(wú)法進(jìn)入新鮮空氣，使增壓器的空氣量過(guò)剩，促使增壓器喘振。

發(fā)生喘振時(shí)，應(yīng)對(duì)上述故障進(jìn)行全面檢查，及時(shí)查找故障處理。

2.6.柴油機(jī)工作狀態(tài)不良易發(fā)生喘振。

柴油機(jī)排氣閥泄露、燃油霧化不良、噴油提前角太小、后燃嚴(yán)重等原因?qū)е屡艧煾邷兀共裼蜋C(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，排出的廢氣能量較高，使增壓器轉(zhuǎn)速更高 ，壓氣機(jī)背壓升高而發(fā)生喘振。

應(yīng)經(jīng)常檢查廢氣總管是否溫度過(guò)高，查明柴油機(jī)排煙高溫的原因及時(shí)處理，使柴油機(jī)作用良好，排溫正常。

2.7.同一臺(tái)機(jī)車(chē)兩臺(tái)增壓器性能不同，易發(fā)生喘振。

裝在同一臺(tái)柴油機(jī)上的兩臺(tái)增壓器應(yīng)使用同一型號(hào)（東風(fēng)4DD為ZN290D），性能及作用良好的增壓器。如性能相差較大，則效率低的那臺(tái)增壓器易發(fā)生喘振。故無(wú)論進(jìn)行任何修程維修，都必須使兩臺(tái)增壓器型號(hào)一致，性能相同。

2.8.小波紋管襯套脫落堵塞進(jìn)氣殼，造成增壓器喘振。

小波紋管經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，其內(nèi)部襯套易腐蝕脫落，進(jìn)而堵塞進(jìn)氣殼，導(dǎo)致空氣流量減少而發(fā)生喘振。

加強(qiáng)對(duì)中檢、小輔修機(jī)車(chē)增壓器的檢查力度，發(fā)現(xiàn)小波紋管襯套腐蝕、脫落，及時(shí)更換。

3.機(jī)車(chē)日常運(yùn)用中對(duì)增壓器的保護(hù)要求

3.1.渦輪增壓器工作環(huán)境惡劣，其全浮動(dòng)軸承對(duì)潤(rùn)滑油的要求很高，應(yīng)保證增壓器潤(rùn)滑油路暢通，并保持一定的機(jī)油壓力和溫度，柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，機(jī)油溫度不能低于20℃；定期清洗和更換增壓器機(jī)油濾清器，機(jī)油的濾清度應(yīng)保證小于20微米，確保機(jī)油清潔，否則，將加劇軸承磨損，噪聲增大，壽命縮短。

3.2.新機(jī)和長(zhǎng)期停用的渦輪增壓器以及渦輪增壓器拆裝清洗后，起動(dòng)前應(yīng)擰開(kāi)進(jìn)油管接頭，加注50毫升左右的機(jī)油，以防起動(dòng)時(shí)因缺油而燒壞增壓器。柴油機(jī)更換潤(rùn)滑油、清洗濾清器或停機(jī)一周以上時(shí)，起動(dòng)后須在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下擰松渦輪增壓器上的進(jìn)油接頭，直至潤(rùn)滑油流出旋緊接頭，再怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3分鐘后方可加速。

3.3.要求乘務(wù)員操縱機(jī)車(chē)時(shí)，從滿負(fù)荷到停車(chē)，應(yīng)逐漸減少負(fù)荷，停機(jī)前應(yīng)讓柴油機(jī)空轉(zhuǎn)3分鐘；無(wú)特殊情況不要突然停車(chē)，以免使渦輪增壓器軸承處于高溫?zé)o油狀態(tài)，產(chǎn)生過(guò)熱，甚至咬死。如柴油機(jī)突然停機(jī)，應(yīng)迅速啟動(dòng)輔助機(jī)油泵補(bǔ)充機(jī)油。

3.4.應(yīng)盡可能使柴油機(jī)在額定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或經(jīng)常“轟油門(mén)”，會(huì)導(dǎo)致排氣溫度過(guò)高，造成增壓器過(guò)熱，縮短使用壽命。

3.5.如遇增壓器喘振，應(yīng)立即停機(jī)檢查。因此時(shí)進(jìn)氣管壓力不穩(wěn)定，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之不穩(wěn)定，整臺(tái)柴油機(jī)振動(dòng)加劇極易發(fā)生機(jī)械故障。如檢查故障不大需維持運(yùn)行時(shí)，可將壓氣機(jī)蝸殼上的兩個(gè)測(cè)試堵卸下進(jìn)行放氣以緩解喘振，或安裝防喘閥，實(shí)際作用也是放氣。不過(guò)前者放出的增壓空氣進(jìn)入機(jī)車(chē)的動(dòng)力間，發(fā)出的聲音較大，后者放出的增壓空氣送回到壓氣機(jī)吸氣口，消除了放氣聲音。

總之，增壓器發(fā)生喘振時(shí)，壓氣機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器葉片等發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，增壓壓力顯著下降，造成柴油機(jī)的工作狀態(tài)、功率極不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響增壓器和柴油機(jī)的使用壽命，因此增壓器不允許在喘振狀態(tài)下工作。

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作者簡(jiǎn)介：劉鋼（1978.7—），男，漢族，河南滑縣人，工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)任河南能源化工集團(tuán)鶴煤公司鐵運(yùn)處工程師。